15. Розглянути особливості функціонування персонального комп'ютера при автоматичному виконанні команди. Розглядаються особливості 32-розрядного мікропроцесора з архітектурою ia-32.
Структура такого комп'ютера наведена на мал.1. У складі ЕОМ крім традиційних пристроїв комп'ютера із класичною архітектурою (оперативний запам'ятовувальний пристрій, арифметико-логічний пристрій і основний схеми пристрою керування) виділимо наступні блоки:
регістрова пам'ять;
блок формування адреси операнда (БФАО);
двадцятирозрядні суматори для одержання фізичних адрес даних (ΣФАД) і фізичних адрес команд (ΣФАК).
Мал.1. Структурна схема базової моделі персональної ЕОМ
На входи регістрової пам'яті із БФАО надходять номера регістрів, до яких проводиться обіг. На входи обираних регістрів надходять із АЛП результати виконання операції й значення сегментних регістрів, установлюваних операційною системою ЕОМ. У регістрах зберігаються складові ефективних адрес даних, вихідні й проміжні дані, що брати участь у виконанні операції, старші 16 розрядів базових адрес сегментів.
На блок формування адреси операнда надходять:
сигнали від тактового генератора мікропроцесора;
коди полів другого байта виконуваної команди, що перебуває в РК; ці коди визначають режими адресації першого (поля md і r/m) і другого (поле reg) операндов;
коди двох молодших розрядів першого байта команди (d і w), які визначають, відповідно, операнд, на місце якого записується результат операції, і розрядність операндів.
БФАО виробляє наступні вихідні сигнали:
коди номера обираних регістрів;
сигнали зчитування кодів з обраних регістрів;
сигнали зчитування зсувів (disp L і disp H);
сигнали зчитування безпосередніх операндів (data L і data H).
Суматори фізичних адрес використовуються для одержання адреси звертання до оперативної пам'яті з обліком її сегментної організації. Одним з доданків виступає початкова адреса сегмента, яка формується шляхом множення на 16 значення відповідного сегментного регістру. Другий доданок - це зсув відносно початку сегмента. Для сегмента коду таким зсувом є значення покажчика команд IP, а для сегмента даних - сформований блоком формування адреси операндів ефективна адреса.
16. Розглянути особливості функціонування персонального комп'ютера при автоматичному виконанні команди. Розглядаються особливості 32-розрядного мікропроцесора з архітектурою IA-32.
Архітектура 32-розрядного мікропроцесора
В 1985 році фірма Intel випустила 32-розрядний мікропроцесор, що став родоначальником сімейства IA-32. Розвиток цього сімейства пройшов ряд етапів, серед яких можна виділити наступні: реалізація блоку обробки чисел із плаваючої коми безпосередньо на кристалі МП (мікропроцесор I486), уведення Mmx-Технології обробки даних з фіксованою крапкою за принципом SIMD - single instruction multi data (один потік команд - безліч потоків даних) у мікропроцесорі Pentium MMX і розвиток цієї технології на числа із плаваючої коми (SSE - streaming SIMD Extention), що з'явилося вперше в МП Pentium III.
Однак основні риси цієї архітектури аж до теперішнього часу залишаються незмінними.
Архітектура 32-розрядного мікропроцесора (мал.1)суттєво відрізняється від архітектури 16-розрядного. Деякі із цих відмінностей чисто кількісні, інші носять принциповий характер.
Мал.1. Структура 32-розрядного мікропроцесора
Головна зовнішня відмінність - збільшення розрядності шини даних і шини адреси до 32 біт. Це, у свою чергу, пов'язане зі змінами в розрядності внутрішніх елементів мікропроцесора й у механізмі виконання деяких процесів, наприклад, формування фізичної адреси.
Регістри блоку обробки чисел з фіксованою крапкою стали 32-розрядними. До кожного з них можна звертатися як до одному подвійному слову (32 розряду). До молодших 16 розрядів цих регістрів можна звертатися так само, як і в 16-розрядному мікропроцесорі.
У блоці сегментних регістрів відбулися як кількісні, так і якісні зміни. До використовуваних у реальному режимі чотирьом регістрам CS, DS, SS і ES додані ще два: FS і GS. Хоча розрядність регістрів цього блоку залишилася колишньою (кожний по 16 біт), у формуванні фізичної адреси оперативної пам'яті вони використовуються по-іншому.
При роботі мікропроцесора в так званому захищеному режимі вони призначають для пошуку дескриптора сегмента у відповідних системних таблицях, а вже в дескрипторі зберігається базова адреса й атрибути сегмента. Формування адреси в цьому випадку виконує блок сегментації диспетчера пам'яті.
Якщо крім сегментів пам'ять розбита ще й на сторінки, то остаточне обчислення фізичних адрес виконує блок керування сторінками.
Починаючи з мікропроцесора I486, до складу кристала мікропроцесора входить блок обробки чисел із плаваючої коми, що включає в себе вісім 80-розрядних регістрів для вистави знаків, мантис і порядків таких чисел.
На кристалі мікропроцесора розташовується також внутрішня кеш-пам'ять, яка являє собою особливим образом організовану швидкодіючу буферну пам'ять, призначену для зберігання найбільше часто використовуваної інформації (команд і даних). У різних моделях мікропроцесорів обсяг кеш-пам'яті становить від 8 Кбайт до 512 Кбайт.
17. Розглянути основні поняття мультипрограмного режиму роботи ЕОМ, апаратні й програмні засоби, що забезпечують роботу ЕОМ у цьому режимі, показники, що характеризують мультипрограмний режим роботи, і їх залежність від коефіцієнта мультипрограмування.
риси мультипрограмного режиму:
в оперативній пам'яті перебувають кілька користувацьких програм у станах активності, очікування або готовності;
час роботи процесора розділяється між програмами, що перебувають у пам'яті в стані готовності;
паралельно з роботою процесора відбувається підготовка й обмін з декількома пристроями вводу-виводу.
Мультипрограмування призначене для підвищення пропускної здатності обчислювальної системи шляхом більш рівномірного й повного завантаження всього її встаткування, у першу чергу процесора. При цьому швидкість роботи самого процесора й номінальна продуктивність ЕОМ не залежать від мультипрограмування.
Мультипрограмний режим має в ЕОМ апаратну й програмну підтримку:
апаратна:
контролери пристроїв уведення-виводу, які можуть працювати паралельно із процесором;
система переривання;
апаратні засоби системи захисту програм і даних у мікропроцесорі;
і т.п.;
програмна:
мультизадачна операційна система (ОС);
системні програми, що управляють роботою пристроїв уведення-виводу й спеціалізованих засобів обчислювальної системи.
Керуюча програма (ОС), реалізуючи мультипрограмний режим, повинна розподіляти ( у тому числі динамічно) ресурси системи (час процесора, оперативну й зовнішню пам'ять, пристрої введення-виводу і т.д.) між паралельно виконуваними програмами, щоб забезпечити збільшення пропускної здатності комп'ютера з урахуванням обмежень на ресурси й вимог по терміновості виконання окремих програм.
Продуктивність мультипрограмної ЕОМ оцінюється кількістю завдань, виконаних в одиницю часу (пропускна здатність) і часом виконання кожної програми Тi.
При аналізі роботи ЕОМ важливо визначити ступінь використання її ресурсів. Для цього широко застосовуються наступні показники:
kq - коефіцієнт завантаження q-го пристрою;
kq=Tq/T, де Tq - час зайнятості пристрою q за загальний час T роботи ЕОМ;
Lq=Σlqi*Δti/T - середня довжина черги запитів до пристрою q, де Lqi - довжина черги до пристрою q на інтервалі часу Δti і Σti=T
Нехай робота деякого пристрою q характеризується діаграмою, наведеної на мал. 1.
Мал. 1. Оцінка основних показників використання апаратних ресурсів